O aumento da população e a necessidade de reduzir emissões de carbono, impulsionam a busca por matérias-primas sustentáveis, como a biomassa lignocelulósica. Esta, é composta por celulose, hemicelulose e lignina, apresentando-se como uma alternativa verde para os combustíveis fosseis. Além disso, a celulose é um polímero renovável abundante e pode ser transformada em produtos de valores acrescentado, como furfural e ácido levulínico, para além de poder vir a ser usada para substituir materiais de base petrolífera, como por exemplo plásticos. A hemicelulose é composta por hexoses e pentoses e apresenta peso molecular inferior à celulose, sendo mais facilmente hidrolisada. A lignina é composta por unidades fenólicas e confere rigidez à biomassa. A degradação da biomassa requer um pré-tratamento para permitir livre acesso aos vários componentes da mesma, nomeadamente a celulose, através da extração da lignina e da hemicelulose. Podem ser aplicados diferentes métodos, incluindo físicos, físico-químicos, químicos e biológicos. Os líquidos iónicos (ILs) e os solventes eutéticos (DES) são considerados alternativas sustentáveis para o processo de extração. Os DES apresentam vantagens, como baixa volatilidade, não inflamabilidade e custo inferior, relativamente aos ILs. As propriedades dos DES podem ser ajustadas para melhorar a sua eficiência, tornando-os opções mais amigáveis do meio ambiente. Ambos os grupos de solventes mostram eficácia no fracionamento da biomassa, porém desafios como a reciclagem e impactos ambientais são questões que necessitam de serem abordadas. A utilização de cloreto de colina como aceitador de ligações de hidrogénio tem sido destacada, especialmente quando associada ao ácido levulínico, mostrando eficácia no pré-tratamento da biomassa lignocelulósica. A utilização desses DES em processos como a extração de lignina e celulose da biomassa revela-se promissora, oferecendo soluções mais sustentáveis na indústria farmacêutica entre outras.Neste estudo experimental investiga-se a reutilização do solvente eutéctico formado por Ácido Levulínico e Cloreto de Colina, em proporções mássicas de 1:2 e 1:3, para o fracionamento da celulose e lignina na Acácia Dealbata. Os objetivos incluem a extração e caracterização das frações ricas em celulose e lignina, a purificação e caracterização dos compostos dos solventes após múltiplos ciclos de uso, e a análise do impacto da reutilização do solvente eutéctico no processo de fracionamento da madeira (eficiência do fracionamento e características das frações extraídas).

The increase in population and the need to reduce carbon emissions increase the search for sustainable raw materials, such as lignocellulosic biomass. This biomass is composed of cellulose, hemicellulose, and lignin, presenting itself as a green alternative to fossil fuels. Moreover, cellulose is an abundant renewable polymer that can be transformed into value-added products, such as furfural and levulinic acid, in addition to potentially replacing petroleum-based materials like plastics. Hemicellulose, comprising hexoses and pentoses, has a lower molecular weight than cellulose, making it more easily hydrolyzed. Lignin, consisting of phenolic units, provides rigidity to the biomass.The degradation of biomass requires pretreatment to allow free access to its various components, namely cellulose, through the extraction of lignin and hemicellulose. Different methods can be applied, including physical, physicochemical, chemical, and biological approaches. Ionic liquids (ILs) and deep eutectic solvents (DES) are considered sustainable alternatives for the extraction process. DES presents advantages such as low volatility, non-flammability, and lower cost compared to ILs. DES’ properties can be adjusted to enhance their efficiency, making them more environmentally friendly options. Both solvent groups show effectiveness in biomass fractionation, but challenges like recycling and environmental impacts need to be addressed. The use of choline chloride as a hydrogen bond acceptor, especially when associated with levulinic acid, has been highlighted, demonstrating efficiency in the pretreatment of lignocellulosic biomass. The use of these DES in processes like lignin and cellulose extraction from biomass has been promising, offering more sustainable solutions in pharmaceutical industry and others.The focus of this experimental study, is to investigate the reuse of the eutectic solvent formed by levulinic acid and choline chloride, in mass ratios of 1:2 and 1:3, for cellulose and lignin fractionation in Acacia Dealbata. The objectives include the extraction and characterization of cellulose and lignin-rich fractions, purification and characterization of solvent compounds after multiple fractionation cycles, and the analysis of the impact of eutectic solvent reuse on the wood fractionation process (fractionation efficiency and characteristics of the extracted fractions).

Dissertação de Mestrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia